赵国徽
陕钢集团汉中钢铁有限责任公司 陕西省汉中市 724200
摘要：在对减速机箱体的内部结构进行优化的过程中，需要采取有线元以及拓扑优化的方式，对系统规划进行深入管控，尽可能使减速箱体能够实现重量降低和噪音降低的效果。在优化过程中，还需要对铸造工艺进行模拟分析，使减速箱体的成型过程能够得到明确。预测相关缺陷形成位置，并确定基础大小和形成原因，针对性采取措施消除缺陷，提高减速箱体质量，增强经济效益。
关键词：减速机箱；结构优化；铸造工艺
引言：在减速机进行革新的过程中，主要向减小体积、降低噪声，以及提高内部工作效率的方向进行发展。根据对减速机箱体的结构进行深入分析，能够得出优化策略，并提高铸造工艺效果。本文首先分析减速箱体的基础概念，随后阐述其优化策略，并深入研究铸造工艺，以供参考。
1 减速机箱体的基础概念
减速机装置主要由密闭的刚性箱体内部相关机械传动所完善的独立化系统组成，其能够在高速运转的原动机器以及低速运转的工作机器之间进行快速的转速匹配，并完善转速平衡。减速机通常用作原动器件与工作机中的传动部分，能够实现减速效果，并在低转速情况下实现大扭矩应用。这种形式能够有效传递动力，并降低整体运行速度，提高安全系数。减速机的应用类别较多，整体形势多样化，属于一种应用范围较广，整体构成较为经典的机械传动设备。通常情况下，减速机主要由箱体本身以及传动齿轮和轴承等连接构件组成，箱体属于减速机的重要构成部分，其能够容纳传动装置，内部结构规划复杂性较高[1]。同时，减速箱体需要油箱盖和个体通过螺栓连接进行搭配，整体结构强度需求较高。如果结构强度不足，可能会导致安全问题。在传统减速机设计过程中，主要依靠相关人员的基础经验，导致在安全设置部分往往采用了过大的技术材料，引起生产过程浪费现象。对减速机箱进行优化设计，能够大幅降低所需材料，并实现经济效益的提升。减速机箱主要由铸铁和铝合金材料所制成，能够适应较强的载重状况，并抵抗强烈冲击。部分减速机使用钢板进行焊接，整体制造水平较差，不利于进一步应用。
图1 优化完成后箱体Y方向的应力状态
2 减速机箱体的结构优化策略
对减速机箱体进行优化的过程中，主要需要对结构进行调整，使其能够降低整体重量，并节省制造成本，提高应用的效果，并促进经济效益提升。同时，降低结构重量有利于性能指标的增强，可以在完善功能性的同时，达到效率提升的目标。在减速箱体进行优化时，需要保证基础的强度条件，避免出现意外状况导致设备损坏。减速机在进行工作的过程中会产生较大的噪音，如何采取有效措施降低噪音产生，也属于优化的主要目标之一。通过对减速机内部的噪声进行调整，能够实现结构传播变化的效果，使辐射噪声得到有效的控制。同时，还存在低噪声优化结构的类型，能够应用于变速器和齿轮箱位置，降低整体噪音产生幅度，实现良好的优化效果。通过对减速机下部分的输出轴承进行计算，能够确定其基础应力位置和位移分布状态，采取台面设计，能够达到良好的支撑效果，降低出现应力过于集中导致的损坏问题[2]。对减速箱体进行轻量化设计的过程中，需要保持结构刚度不变，并增强整体强度，使箱体重量能够得到有效降低。满足基础可靠性的状态下，可以对箱体的轻量化设计进行优化，使其抗震效果得到有效提高，降低出现问题的概率。矿用球磨铸铁箱体处在电动机逆时针工况状态下，通过应用有限元分析软件对其进行分析，能够从图1看出上部箱体位置所承受的应力极限处于第五轴区域，小于整体材料的极限。因此，应当以箱体质量进行优化目标，利用设计模块和程序化语言对箱体进行优化设计，使体积能够得到降低。优化完成后的箱体应力分布如图一所示，能够发现应力位置转换至第三轴承处，整体应力处在允许范围内。对箱体进行深入优化，能够帮助生产厂家降低成本，实现经济效益的提升。减速机产生震动的主要原因是由于表面震动问题，因此可以对内部结构进行优化，实现降低噪音的效果。图2为采用优化后的减速器箱体分析结果，能够看出减速机震动的程度较为明显，因此应当将其轴承薄弱区域加装固化材料，或采用增大后壁的方式，对整体结构实行优化。优化完成后的减速器响应效果如图2所示，达到了预定的震动减小目标，实现了噪声的降低。
图2 优化工序前后减速器表面振动状态
3 针对减速机箱体的铸造工艺进行优化
在对减速箱体铸造工艺进行优化的过程中，需要采用模拟仿真软件，对缩孔缺陷区域进行预测，实现针对化改进策略的应用，降低出现缺陷的概率。利用这种优化工艺，能够有效实现减速箱体质量的提升，降低废品生产概率，并减少相应的消耗，实现投入成本的降低，有利于经济效益提升。对铸造工艺进行优化通常依赖于相关人员的基础经验，但采用模拟仿真软件，能够有效达到铸造工艺分析效果，有利于优化的展开。通过采用集成系统模拟软件对箱体铸造过程进行分析，着重研究凝固阶段，能够发现差速锁位置存在一定的缺陷。针对这种缺陷形成的基本原因进行模拟优化并进行分析后，发现这种铸造工艺的铸件质量较好，能够满足基础要求。同时，应用软件对铝合金材料减速箱体进行模拟分析，能够实现缺陷位置的预测，提前采取有效策略进行解决，降低出现问题的概率。针对减速器下部箱体的铸造过程，能够采用软件进行设计方案模拟，确定其箱体上部表面较厚区域存在容易塌陷的问题。在相关部分设置冷铁后，能够让缺陷得到解决。针对减速器下箱体的浇筑过程进行优化，可以实现凝固阶段的良好实施效果。避免出现缺陷问题，提高经济效益[3]。在铸造过程中对冒孔的尺寸进行优化后，能够消除铸造缺陷，同时根据铸造的温度条件和流体条件的变化进行模拟分析，可以达到缺陷优化效果，降低出现问题的概率，实现质量的良好提升。图三为涡轮式减速机箱体铸件和浇筑的三维模型，通过对图3的分析，能够发现箱体铸件的结构后壁存在着不均匀的问题。同时，加工面要求较为致密，硬度条件高。当轴承内部与尺寸发生变化时，容易导致出现缩孔缺陷。图3为设计的直浇道和内浇道，总体构成开放式浇筑系统。通过分布五个区域的冒口发挥排气作用，对模型进行分析，能够发现液态核心的铸造平稳有序，无不良缺陷产生。图四为箱体铸件的凝固过程和产生缺陷的模拟结果，从图四能够发现，在凝固的过程中，薄壁边缘内角处部位存在的移动问题，导致容易形成较为孤立区，进而引起孔缩缺陷。根据图4所示的模拟结果能够得知，冒口尺寸设计不到位导致问题。因此，应当针对相关区域进行优化，增大冒口尺寸，并设置相应厚度的冷铁，实现凝缩时间的降低。由图5可见，在加装冷铁后，凝固区域产生了显著移位，提高了铸件密度，有利于质量的提升。
图5 箱体优化凝固过程以及缺陷状态
结束语
综上所述，在针对减速箱体的设计优化和铸造工艺优化的过程中，应当采取模拟分析的方式，对减速箱体进行深入分析，采取有效措施解决缺陷问题，提高应用效率。
参考文献
[1]王成军, 陈金燕, 韩董董,等. DF-300A减速机箱体铸造工艺优化设计[J]. 铸造技术, 2016, 037(003):566-571.
[2]刘宏伟, 苏文生, 白丽梅. 减速器箱体的铸造工艺设计及生产[J]. 科技创新与应用, 2017, 000(013):93.
[3]罗方. 超大型立磨减速机的结构优化设计及性能分析研究[D]. 2016.